制造傅科摆 — 证明地球自转

自由摆动的摆锤保持其摆动平面在空间中固定不动。这是牛顿运动第一定律的直接结果。当摆锤悬挂在旋转表面（地球）上方时，表面在摆锤下方旋转，而摆动平面保持固定。从站在旋转地球上的观察者的角度来看，摆锤的摆动方向似乎在缓慢旋转。在北极，摆锤平面似乎在23小时56分钟（一个恒星日）内顺时针旋转360度。在其他纬度，旋转速率为360 × sin(纬度)度/天。

傅科摆需要尽可能长的绳子以获得稳定的结果。摆锤越长，摆动周期越长，能量损失速度越慢，旋转越明显。最小实用长度约为5米。10到20米要好得多。寻找高的固定点：楼梯井、阁楼横梁、谷仓横梁、高树或多层建筑的天花板。固定点必须完全坚硬且不动。任何支撑的振动或运动都会完全掩盖傅科微妙的旋转。

枢轴是最关键的部件。傅科摆必须在所有方向上自由摆动，因此枢轴不应限制摆动平面。简单的万向节（两个竖直铰链）或单点枢轴都能很好地工作。最简单有效的枢轴是紧紧夹紧的细钢丝（钢琴弦，约0.5-1毫米直径）。细钢丝不会引入首选方向，可以在所有方向上自由弯曲。钢丝必须固定在坚硬的支架中，该支架与牢固的天花板梁相连。

重量必须足够重以供实际使用。傅科使用了28公斤。更重的重量能更好地抵抗空气阻力并摆动更长时间。使用高密度材料：大铅或黄铜重物、装沙容器或混凝土填充的金属罐。重量必须完全平衡并围绕钢丝轴对称。任何不对称都会导致摆锤摇晃或强制进动。完全平衡的球体或圆柱体效果最好。将钢丝连接到重量的精确顶部中心。

对于摆锤绳，请使用高质量的钢制钢琴弦或细钢缆。钢丝必须足够强壮以支撑重量，具有大的安全裕度（至少10倍），足够细以在枢轴处自由弯曲，足够硬以免扭曲。对于5到10公斤的重量，0.5-1毫米的钢琴弦足够。上端必须牢固地夹在枢轴上。将下端连接到重量上，使用小眼螺栓或在重量顶部钻的孔，确保连接完全居中且钢丝在静止时完全垂直悬挂。

在摆锤下方的地面上放置一个圆形参考环，以指示摆锤的摆动方向。直径约为1到2米的环效果很好。每5度或10度（0-360）标记环。您可以使用大纸或纸板、地面上画的圆圈或小标记的环。环的中心必须正好在枢轴点的下方。使用指南针在环上标记真北。

启动技术至关重要。摆锤必须在一个平面上摆动，而不是椭圆形。侧向运动会产生额外的椭圆路径，而椭圆与傅科效应无关，因此以不同方式进动，混淆测量。为了干净地启动，使用绑定到固定点的紧绳拉动重量到一侧，握住直到所有颤抖停止，然后用火柴或蜡烛点燃绳子（或锋利地切割）。这将重量释放为纯运动，没有横向力。傅科本人在1851年巴黎使用了这种绳子燃烧技术。

启动后，观察摆锤相对于参考环的摆动方向。每15到30分钟记录一次摆动方向。在北纬50度处，摆动平面每小时顺时针旋转约11.5度（360 × sin(50°) / 24 = 11.49度/小时）。一小时后，摆动方向应该改变约11度。三小时后，约34度。旋转缓慢且恒定。这清楚地显示地球在摆锤下方旋转。

如果摆锤绘制椭圆而不是直线，启动不纯净。使用绳子燃烧技术重试。如果摆动平面比预期旋转明显更快或更慢，请检查三件事：重量不对称（导致机械进动）、枢轴处的摩擦或约束（强制首选摆动方向），或气流（将重量推向一侧）。有风的房间或打开的门会比傅科效应快得多地产生明显的旋转。保护摆锤免受气流，并确保枢轴确实自由。

理论旋转速率：度/小时 = 15 × sin(纬度)。在赤道（0°）处，摆锤根本不旋转。在30°纬度处，它以7.5°/小时旋转。在45°处以10.6°/小时旋转。在90°处（极点）以15°/小时旋转（每天一次完整旋转）。将观察到的旋转速率与您纬度的预期速率进行比较。如果在几个百分点内匹配，您已成功演示了傅科在1851年证明的内容。这是地球旋转的最优雅、最简单和最直接的证明，只需要钢丝配重和耐心来观察它旋转。